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 楼主 | 2018-1-13 16:40 | 显示全部楼层 ||阅读模式
基于单片机的16×64 LED 点阵显示屏的设计

0 引言
    LED点阵显示屏是一种简单的汉字显示器,具有价廉、易于控制、使用寿命长等特点,可广泛应用于各种公共场合,如车站、码头、银行、学校、火车、公共汽车显示等。本文详细介绍了一种低廉的16x64点阵LED显示屏的设计过程。

1 硬件系统设计
    本系统采用AT89C52单片机作控制器,整个电路主要由单片机控制及其接口电路、驱动显示电路、电源电路等部分组成。为了简化显示屏电路,降低成本,本系统在单片机部分不加字库存储器。而在PC机上编辑汉字和字符显示信息,并将其转换为相应的点阵显示数据,然后通过串口(采用RS-232通信标准)送给单片机存储并进行显示处理。图1所示为其硬件系统原理图。

1.1 单片机控制电路
    本系统由AT89C52构成单片机最小应用系统.同时配有11.0592 MHz晶振和按键复位电路等。系统外扩的一片Flash存储器29F040为数据存储器,可用来存储由PC机串口送来的点阵信息(通过软件将图像或文字转换成与LED显示屏的像素相对应的点阵信息)。该Flash存储器是一种非易失性存储器,它在供电电源关闭后仍能保持片内信息。由于29F040的容量为512 KB(该芯片内部由8个64 Kbyte的读写块组成,可分块进行读、写和擦除等操作),而AT89C52只能管理64KB的数据空间,所以,需将29F040分成8页,每页64KB。其页码可由单片机的P3.2~P3.4来选择。另外,采用MAX232可完成RS232与TTL电平的转换,以便使PC机与单片机交换信息。
1.2 16x64点阵显示器的设计
    图2是一种8x8的LED点阵单色行共阳模块的内部结构图,其单点工作电压Uf为1.8 V,正向电流IF为8~10 mA。当某一行线为高电平而某一列线为低时,其行列交叉的点就被点亮;而当其某一列线为高时,其行列交叉的点为暗;当某一行线为低电平时,无论列线如何,对应这一行的点全部为暗。
    用四个8x8点阵显示可构成16x16点阵显示器,其连接方法如图3所示。图中,将(A)和(B)的8列、(C)和(D)的8列分别对应相连,同时将(A)和(C)的8行、 (B)和(D)的8行分别对应相连。即可形成一个16行(每一行有16个LED)、16列(每一列也有16个LED)的16x16点阵显示器,可将这256个点称为一页,这样,显示字符时。只要对一页中对应的亮灭进行控制即可。
如果需要,也可以把4个16x16点阵显示器相连从而构成16x64的点阵显示器。

2 LED点阵显示器的扫描驱动
    LED显示屏驱动电路的设计应与所用控制系统相配合。驱动通常分为动态扫描型及静态锁存型驱动二大类。本文以动态扫描型驱动电路的设计为例来进行分析。动态扫描型驱动方式是指显示屏上的16行发光二极管共用一组列驱动寄存器,然后通过行驱动管的分时工作,来使每行LED的点亮时间占总时间的1/16。只要每行的刷新速率大于50 Hz,利用人眼的视觉暂留效应,人们就可以看到一幅完整的文字或画面。
    AT89S52单片机有四个I/O口(P0、P1、P2、P3),每个I/O口有8位,如果都采用并行输出,显然不能满足要求,因此,本设计中的行扫描驱动采用并口输出,而场扫描驱动采用串口输出。
2.1 行扫描驱动
    由于16x64点阵显示器有16行,为充分利用单片机的接口,本电路中加入了一个4-16线译码器74LS154,其输入是一个16进制码,解码输出为低态扫描信号,它们的管脚示意图如图4所示。把74LS154的G1和G2引脚接地,然后以A、B、C、D四脚为输入端。就会形成16种不同的输入状态,分别为0000~1111,然后使每种状态只控制一路输出,即会有16路输出。
    如果一行64点全部点亮,则通过74LS154的电流将达640 mA,而实际上,74LS154译码器提供不了足够的吸收电流来同时驱动64个LED同时点亮,因此,应在74LS154每一路输出端与16x64点阵显示器对应的每一行之间用一个三极管来将电流信号放大,本文选用的是达林顿三极管TIP127。这样,74LS154某一输出脚为低电平时,对应的三极管发射极为高电平,从而使点阵显示器的对应行也为高电平。
2.2 场扫描驱动
    本系统场扫描驱动电路的设计可用串入并出的通用集成电路74HC595来作为数据锁存。74HC595是一个八位串行输入三态并行输出的移位寄存器,其管脚见图4所示,其中SI是串行数据的输入端,RCK是存储寄存器的输入时钟,SCK是移位寄存器的输入时钟,Q'H是串人数据的输出,G是对输人数据的输出使能控制,QA~QH为串入数据的并行输出。从SI口输入的数据可在移位寄存器的SCK脚上升沿的作用下输入到74HC595中。并在RCK脚的上升沿作用下将输入的数据锁存在74HC595中,这样,当G为低电平时,数据便可并行输出。为了避免与PC机串口输入的数据相互干扰,也可使用模拟串口P1.4~P1.7来分别输出串行数据、移位时钟SCK、存储信号RCK和并行输出的使能信号G。
    为了消除电源电压的波动及行扫描管压降(第一行点亮的点数不同,将引起管压降的变化,从而影响通过LED管的电流)的变化对LED显示屏亮度的影响,设计时可采用列恒流驱动电路,可选用三极管8550和外围元件构成列恒流驱动电路,并通过调整100 kΩ可调电阻使三极管处于放大状态,同时将集电极电流调整为10 mA,从而使点亮对应点阵时通过LED的电流不变。
2.3 扫描显示工作过程
    将8片74HC595进行级连,可共用一个移位时钟SCK及数据锁存信号RCK。这样,当第一行需要显示的数据经过8x8=64个SCK时钟后便可将其全部移入74HC595中,此时还将产生一个数据锁存信号RCK将数据锁存在74HC595中,并在使能信号G的作用下,使串入数据并行输出,从而使与各输出位对应的场驱动管处于放大或截止状态;同时由行扫描控制电路产生信号使第一行扫描管导通,相当于第一行LED的正端都接高,显然,第一行LED管的亮灭就取决于74HC595中的锁存信号;此外,在第一行LED管点亮的同时,再在74HC595中移入第二行需要显示的数据,随后将其锁存,同时由行扫描控制电路将第一行扫描管关闭而接通第二行,使第二行LED管点亮,以此类推,当第十六行扫描过后再回到第一行,这样,只要扫描速度足够高,就可形成一幅完整的文字或图像。


3 软件系统设计
    本系统的软件设计流程图如图5所示,该显示程序以常用的左移为例来进行设计。
4 结束语
    经过实际应用证明,本显示屏可以作为信息显示装置。用于公共场所来进行信息显示,而且具有工作稳定、字符清晰、亮度适中等特点。若所显示的信息较为简单,也可直接将信息代码拷入单片机中,还可以通过外扩储存器的方式来增加显示的信息量。


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